книги из ГПНТБ / Гезенцвей, Лев Борисович. Дорожный асфальтовый бетон

ляют описанным способом при заданной реальной температуре, которую смесь имеет в момент укладки.

Многочисленные испытания различных асфальтобетонных

смесей, произведенные в б. Центральной исследовательской ла­

боратории Управления дорожно-мостового строительства Ис­ полкома Моссовета, показали обоснованность принятой мето­ дики. При этом выявлено, что отклонения >в параллельных опре­ делениях для одной и той же смеси тем меньше, чем мельче минеральные зерна, входящие в состав асфальтового бетона. Наиболее точные результаты получены для литых, песчаных и мелкозернистых асфальтобетонных смесей. Для этих смесей величина усилий определяется с точностью 0,005 кг. Для того чтобы не увеличивать размеров прибора (включая конус) при определении удобообрабатываемости средне- и крупнозернистых смесей, И. А. Рыбьев рекомендует брать средний показатель из трех параллельных определений с точностью до 0,01 кг.

Наряду с определением удобообрабатываемости описанный

прибор позволяет также быстро улавливать различные откло­ нения в дозировке компонентов асфальтобенной смеси. Это

устанавливается сопоставлением показателей, полученных для определенного состава смеси и фактически выпускаемых смесей. Разница в показателях будет означать отклонение в до­ зировке материалов.

Продолжительность испытания 1—1,5 мин.

Более широкие испытания этого прибора в лабораториях асфальтобетонных заводов позволят установить параметры, ха­ рактеризующие удобообрабатываемость асфальтобетонных сме­ сей и введение соответствующих нормативов.

Испытания асфальтового бетона акустическими методами

'При проведении большинства из ныне применяемых испы­ таний асфальтобетон работает в сложных условиях, в которых комплексно проявляются его упругие и пластические свойства.

Большой недостаток существующих способов испытаний и в том, что они не могут быть непосредственно применены для

определения свойств асфальтобетонного покрытия. В настоящее время свойства покрытия принято оценивать по результатам

испытаний стандартных лабораторных образцов, переформован­ ных из вырубок.

Таким образом, все основные испытания проводятся с об­ разцами, искусственно приготовленными в лабораторных ус­ ловиях.

Структура асфальтобетонного покрытия, его реальное уп­ лотнение, имеющиеся в нем деформации и следы выветрива­ ния — все это нарушается при изготовлении образцов. Поэтому результаты испытаний лабораторных образцов могут лишь

весьма условно характеризовать действительные свойства по­ крытия.

Все сказанное вынуждает искать новые, более совершенные методы испытаний и -исследования асфальтового бетона и преж­ де всего такие, которые объективно позволяют определить фи­ зические константы этого материала.

Определение упругих свойств. Знание упругих свойств важ­ но для оценки большинства строительных материалов., в том числе и асфальтового бетона. Упругие свойства характеризуют­ ся модулем упругости, являющимся физической константой материала. Для асфальтового бетона величина модуля упру­

гости зависит от температуры.

Величина модуля упругости более или менее точно определе­ на для большинства строительных материалов.

Для асфальтового бетона, по существу, до сих пор нет до­ стоверных величин модуля упругости, так же как и зависимо­

стей этой константы от состава и температуры материала.

При определении модуля упругости обычным, т. е. стати­ ческим, способом для такого материала, каким является ас­ фальтовый бетон, возможны значительные ошибки. Относитель­ но большие деформации, получающиеся во время определений, неизбежно приводят к местным структурным изменениям мате­ риала, искажающим получаемые величины.

Кроме того, при положительных температурах порядка 40— 50° закон Гука применим для асфальтового бетона в области весьма 'небольших деформаций. Поэтому, практически определяя модуль упругости при таких температурах, экспериментатор неизбежно входит в область пластических деформаций, полу­ чая вследствие этого искаженное значение модуля.

Рассмотрим боле подробно соотношение вязкой и упругой деформаций при обычных методах определения модуля упру­

гости.

При постоянной нагрузке o=const приведенное выше урав­ нение (3) или (8) принимает вид

Отсюда следует, что при приложении нагрузки закон изме­

нения деформации имеет вид

Эта деформация обусловлена вязкими свойствами тела.

С другой стороны, деформация, обусловленная упругими свойствами,

130

При определении модуля упругости упруго-вязких тел методом наблюдения деформации следует учитывать вязкую деформа­

цию.

Последней можно пренебречь только в случае чрезвычайно

малого времени наблюдения..

Пример определения минимального времени наблюдения для

асфальтового бетона. Предположим, что вязкой деформацией можно пренебречь, если она в 100 раз меньше упругой, т. е.

Sy = 100 S,,

тогда

отсюда

t . = —5_ fflin 100Е

Таким образом, минимальное время наблюдения зависит только от вязкости и модуля Е. Чем больше Е, тем это время должно быть меньше.

В приведенном примере принята вязкость песчаного асфаль-*

тового бетона при +50°, по данным С. К. Носкова, а модуль

время визуального отсчета в обычных опытах по определению модуля упругости.

По формуле (20) —вязкая деформация

■П

упругая деформация

S„ =_Е

Sy Т]

При температуре —10°

т) = 2-1013 пуаз; Е = 25 • ГО10 дин/с,и.2;.

при температуре +20°

приняты по нашим определениям для песчаного асфальтового бетона (ультраакустическим методом).

Подставляя эти величины, получим три времени наблюдения, равном 1 сек.,

при температуре —10°

-А = 25 - 1QW = 12 5 10_3 Sy 2.10«

(т. е. чем меньше вязкость), тем больший «удельный вес» в наблюдаемой за время 1 сек. общей деформации занимает пла­ стическая деформация, которая, например, при температуре

+60° в 22 раза больше упругой. При отрицательных

температурах упругая деформация значительно больше пласти­ ческой. Отсюда видно, что, определяя модуль упругости по де­ формации, наблюдаемой за время 1 сек, экспериментатор впа­ дает в грубую ошибку, принимая вязкую деформацию за упру­ гую. Если к тому же время визуального отсчета больше 1 сек. (что в действительности и имеет место), то ошибка соответст­ венно увеличивается. При этом величина ошибки будет тем больше, чем меньше вязкость, т. е. чем выше температура ас­ фальтового бетона.

Отметим, кстати, что приведенные соображения имеют от­ ношение к определению упругих свойств других вязких и уп­

руго-вязких материалов.

132

Приведенные расчеты подтверждают неприменимость обыч­ ной методики определения модуля упругости для пластичных материалов, в том числе и для асфальтового бетона.

Рассмотренные выше примеры показывают, что оценивать поведение асфальтового бетона как во время испытаний, так и в реальных условиях его работы можно только при знании действительных величин, характеризующих его вязкость и уп­ ругие свойства. По этим же параметрам можно объективно сравнивать между собой и различные виды асфальтового бе­ тона. Упругие свойства асфальтового бетона можно достоверно выяснить лишь методом, основанным на применении весьма малых деформаций при большой скорости приложения нагрузки.

В связи с успехами радиоэлектроники, достигнутыми в пос­ ледние годы, стало возможным применение ультра акустических методов исследования и испытания различных материалов.

Основными преимуществами ультразвукового способа ис­ пытаний являются быстрота и высокая точность определений, возможность неодонократной проверки результатов на одних и тех же образцах или непосредственное испытание покрытий без их разрушения.

При прохождении звуковых, т. е. упругих, волн в среде воз­

никают механические колебания. Продольные колебания вызы­ вают попеременные сжатие и расширение. Возбуждаемые при

этом деформации чрезвычайно малы.

Скорость прохождения продольных упругих волн в твердом

теле зависит от двух основных его параметров — модуля упру­ гости Е и плотности q — и выражается зависимостью E = o2q.

Таким образом, зная скорость распространения звуковых волн и плотность среды, легко определить динамический модуль упругости.

Ультраакустический метод позволяет выявить на одном и том же образце зависимость модуля упругости от тем­

пературы и изменение его со временем.

Этот метод применим не только при исследовании лабора­ торных образцов, но и для дорожного покрытия или для образ­

цов-вырубок с ненарушенной структурой.

По поглощению энергии упругих колебаний может быть также определен и показатель вязкости. Через логарифмичес­ кий декремент затухания ультразвуковых колебаний вязкость выражается зависимостью

где Д„, А„+1 —амплитуды п и «+ 1 колебаний.

Следовательно, по характеру поглощения ультразвуковых колебаний можно сопоставлять вязкость различных видов ас­ фальтового бетона в зависимости от характера применяемых материалов и их соотношений. В дополнение к модулю упруго-

133

сти асфальтового бетона, определяемому ультраакустическим способом, характеристика вязкости позволит более полно оце­ нивать свойства этого .материала.

Приведем некоторые данные выполненных нами работ по

определению динамического модуля упругости асфальтового бе­ тона по скорости распространения в нем ультразвуковых коле­ баний. [Исследования были начаты в 1953 — 54 гг. в б. тресте «Гордорэксплуатация» (Москва)]. Для измерения скорости

ультразвука был использован импульсный метод, сущность ко­ торого состоит в следующем.

Рис. 27. Блок-схема ультразвукового при­ бора ПИК-5А.

Генератор импульсов дает серию электрических колебаний, превращаемую пьезоэлементом излучателя в ультраакустические импульсы. Посланный в испытуемый образец ультраакустический импульс, распространяясь в нем с какой-то скоростью,

достигает пьезоэлемента приемника, прижатого к образцу с про­ тивоположной стороны. По имеющимся на экране электронного

и приемником и время прохождения импульса, можно легко определить скорость распространения ультразвука в материале.

Решающим условием правильного определения скорости рас­ пространения ■ ультразвука является достаточная точность из­ мерения времени прохождения импульса через образец.

При проведении исследования были использованы два им­

пульсных прибора, сконструированных в лаборатории физичес­ ких методов исследования ВНИИжелезобетона И. В. Защуком. Один из них обеспечивает точность измерения времени

134

135

С небольшой погрешностью, вполне приемлемой для практи­ ческих целей, можно аппроксимировать получаемые кривые для исследованных видов асфальтового бетона семейством пря­ мых. Эта погрешность уменьшается для области наиболее вы­ соких температур (+45°, +55°).

Уравнение прямой будет

Е = — t) — Е550,

где: К — угловой коэффициент прямой; Ess°—модуль упругости при температуре +55°.

Семейство прямых для различных видов асфальтового бе­ тона различается особенно резко по величине модуля упруго­ сти Е55, а также и по угловому коэффициенту К.

Модуль упругости Е характеризует жесткость асфальтового бетона при данной температуре. С точки зрения условий рабо­ ты дорожного покрытия важно, чтобы при наивысшей темпера­

туре жесткость асфальтового бетона была выше. Это придаст большую устойчивость покрытию против образования дефор­

маций сдвига.

Мелкозернистые асфальтовые бетоны характеризуются боль­ шими величинами модуля упругости в сравнении с песчаными.

Угловой коэффициент К, выражающий интенсивность изме­ нения модуля упругости, есть не что иное, как коэффициент

теплоустойчивости асфальтового бетона. Очевидно, лучшим ас­ фальтовым бетоном может быть тот, который при относитель­ но большой величине модуля упругости при +55° имеет не­ большой угловой коэффициент.

Интенсивность изменения модуля упругости в интервале температур 45—55° дает наиболее правильное представление о теплоустойчивости асфальтового бетона. Например, для об­ разцов, взятых из наплывов, в интервале температур 45—55° наблюдается резкое снижение модуля упругости; у образцов, взятых из устойчивых участков покрытия, интенсивность из­

менения модуля упругости остается одинаковой в пределах все­

го интервала 15—55°.

При помощи ультраакустики можно определить модуль уп­ ругости асфальтового бетона непосредственно в дорожном по­ крытии.

В ряде вырубок выявлена анизотропная структура асфаль­ тобетонного покрытия в направлении движения транспорта и в поперечном направлении.

Измерение модуля упругости при помощи ультраакустических методов дает возможность выявить на одних и тех же об­ разцах изменение величины модуля в процессе старения асфаль­ тового бетона.

По мере старения асфальтового бетона нарастает его жест­

кость. Модуль упругости увеличивается. Интенсивность изме-

136

нения модуля упругости является объективным показателем,

интенсивности процессов старения.

Для выявления изменения величины модуля упругости во

времени исследуемые образцы периодически прозвучивались.

Из исследованных видов асфальтового бетона наибольшую склонность к старению обнаружил асфальтовый бетон, приго­ товленный из мартеновских шлаков. Образцы этого материала,

в возрасте 5 мес. показали уже значительное увеличение моду­ ля упругости в сравнении с первоначальным. Увеличение модуля

.упругости отмечается в пределах всего интервала температур

(1.5—55°).

Особый интерес представляет изменение скорости ультра­ звука после нескольких циклов замораживания—оттаивания.

В ряде образцов зафиксировано снижение скорости ульт­ развука уже после 3—4 циклов, что является, по-видимому, следствием образования так называемых зародышевых трещин.

По степени снижения скорости ультразвука после определен­ ного количества циклов замораживания-—оттаивания можно судить о морозоустойчивости асфальтового бетона. Ультразву­ ковой метод позволяет выявить, в какой мере обратимы при положительных температурах явления, происходящие в асфаль­ тобетонных покрытиях в результате многократно чередующих­ ся циклов замораживания—оттаивания.

В последнее время работы по применению акустических ме­ тодов для испытаний асфальтового бетона проводились также и зарубежными исследователями.

Большой интерес, например, представляют работы, выпол­ ненные в бельгийском дорожно-исследовательском центре- (Брюссель), в лаборатории, руководимой Л. Хубрехт1 и груп­

пой сотрудников лаборатории Shell в Амстердаме под руковод­

ством Ц. Ван-дер-Поля. Были исследованы зависимости модуля, упругости (stiffnes modulus) смеси от концентрации минераль­

ных материалов и количества битума.

Группой исследователей, работающих в университете Пэдью (США) под руководством В. X. Гетц исследовано при помощи акустического метода действие на битумо-минеральные смеси отрицательных температур, а также влияние различных доба­

вок.

Интересная работа была проведена в США Я. В. Шуп и Д. Ц. Тэйлором, которые во время испытаний асфальтового-

бетона на дороге в Канзасе измерили акустическими методами

модуль упругости образцов, взятых из покрытия спустя один, два и три года после введения в эксплуатацию. Было выявлено значительное повышение модуля упругости с течением време-

137

ни. Для одного из участков покрытия были получены следую­ щие данные:

бину проникания 92, температуру размягчения по методу «коль­

цо и шар» 48,5° Содержание битума в смеси составляло 6,1%.

Следует отметить хорошую сходимость зависимостей, полу­ ченных в СССР, а затем и в ряде других стран при помощи раз­ личных методов акустических измерений. Сказанное выше сви­

детельствует о необходимости более широкого применения аку­ стических методов исследований и испытаний асфальтового бе­ тона.

Глава 9 ХОЛОДНЫЙ АСФАЛЬТОВЫЙ БЕТОН

Холодный асфальтовый бетон или, как его часто называют,

«холодный асфальт» является разновидностью асфальтового бетона, приготовляемого :в горячем состоянии, но укладывае­ мого в холодном виде при нормальной температуре (вы­

ше +5°).

Одной из характерных особенностей холодного асфальтово­ го бетона, отличающих его от асфальтового бетона, применяе­

мого в горячем состоянии, является способность оставаться рыхлым в течение длительного срока после приготовления (до 6 мес. и более). Эта особенность холодного асфальтового бе­ тона, создающая большие удобства в работе, а также возмож­

ность его укладки тонким слоем (1—1,5 см) позволяют широко применять этот материал. Опыт показывает, что использова­ ние холодного асфальтового бетона обеспечивает получение

доброкачественных дорожных покрытий.

В настоящее время разработана методика подбора состава холодного асфальтового бетона и способы его приготовления из различных материалов, а также принципы применения в .раз­ личных конструкциях дорожного покрытия.

Холодный асфальтовый бетон в условиях дорожного покры­ тия приобретает необходимую плотность постепенно, главным

образом под влиянием нагрузки движущихся автомашин (ско­ рость их должна быть в период формирования покрытия не

выше 50 км/час).

13S